一种激光多角度斜孔精密微细加工装置的制作方法

本实用新型涉及高端激光制造装备及先进加工技术领域，具体涉及一种激光多角度斜孔精密微细加工装置。

背景技术：

先进制造技术是改造传统制造业的有效手段，而数控技术的应用给传统制造业带来了革命性的变化，数控技术和数控装备是制造工业现代化的重要基础，直接影响到一个国家的经济发展和综合国力，关系到一个国家的战略地位。而复杂零件上斜面斜孔的加工，由于所加工的尺寸和形位公差无法直接在直角坐标系中测量，加工基准难以确定，并且钻头开始接触工件时，单面受力，作用在钻头切削刃上的径向力必然会把钻头推向一边，致使钻头偏斜、滑移而钻不进工件。钻孔中心容易滑离所要求的位置，钻出的孔难以保证要求。通过钻孔得到的孔口往往发生崩口现象，破坏了孔端面的平整。钻头容易崩刃或折断，严重制约工件的批量化生产，产品的一致性很差。激光在加工和制造业等领域的应用日渐广泛。以打孔为例,喷嘴、过滤器和涡轮机叶片上的冷却孔的孔直径通常在百微米量级,激光打孔具有非接触、高效等特点,可以获得大深径比的孔,因而是一种有发展前景的加工方法。

综上所述，现有技术中还存在斜孔加工不精密、孔端面不平整的问题，因此，如何利用激光进行斜孔的精密微细加工仍是待解决的技术问题。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的不足，本实用新型提供了一种激光多角度斜孔精密微细加工装置，通过旋转单元，将加工板材按照所设定的斜孔角度进行调节，利用超声波厚度感应装置，实现精确定位，通过多个单元协调工作，实现板材多角度斜孔加工的自动化生产。

本实用新型所采用的技术方案是：

一种激光多角度斜孔精密微细加工装置，包括工作台、旋转单元、感应单元、加工单元、移动单元和控制单元，所述旋转单元设置在工作台上，用于固定被加工板材，并调节被加工板材的角度；所述移动单元设置在工作台上，用于带动感应单元和加工单元左右和上下运动；所述加工单元设置在移动单元上，用于用激光在被加工板材上加工斜孔；所述感应单元设置在加工单元上，用于定位被加工板材位置；所述控制单元接收控制所述感应单元传输的信号，并控制所述旋转单元、加工单元和移动单元。

进一步的，所述移动单元包括X移动平台、第一轴承支座对、第二轴承支座对、第三轴承支座对、第一连接轴、第二连接轴、第一传动丝杆和第一电机；所述第一轴承支座对、第二轴承支座对和第三轴承支座对分别由两个轴承支座组成；所述第一轴承支座对、第二轴承支座对和第三轴承支座对均匀设置在工作台上，所述X移动平台设置在所述第一轴承支座对、第二轴承支座对和第三轴承支座对之间，所述第一连接轴的一端与第一轴承支座对中一轴承支座连接，另一端穿过X移动平台与第一轴承支座对中另一轴承支座连接；所述第二连接轴的一端与第三轴承支座对中一轴承支座连接，另一端穿过X移动平台与第三轴承支座对中另一轴承支座连接；所述第一传动丝杆的一端与第二轴承支座对中一轴承支座连接，另一端穿过X移动平台与第二轴承支座对中另一轴承支座连接，所述第一电机的输出轴与第一传动丝杆的一端连接，通过第一传动丝杆带动X移动平台沿X轴方向移动。

进一步的，所述移动单元还包括Y移动平台、支架、第二传动丝杆和第二电机，所述支架设置在X移动平台上，所述支架为矩形框架，所述Y移动平台的一端开有两个滑槽，所述支架的两侧板穿插在所述Y移动平台的两个滑槽内，所述第二传动丝杆安装在支架内，所述第二传动丝杆的一端穿过Y移动平台延伸至支架的底部，所述第二传动丝杆的另一端延伸出支架的顶端，并与第二电机的输出轴连接，通过第二传动丝杆带动Y移动平台沿Y轴方向移动。

进一步的，所述旋转单元包括两个相对设置的支撑台、夹持框架和挡板，所述两个支撑台设置在Y移动平台的下方，所述夹持框架的两侧分别通过传动轴与支撑台连接，所述夹持框架上设有一开口，所述夹持框架开口的两侧分别设有滑槽，所述挡板插入在夹持框架的滑槽中，通过两个顶紧螺钉将挡板和夹持框架进行顶紧固定。

进一步的，所述加工单元包括激光器、快门装置、反射镜部和轮框，所述激光器安装在Y移动平台上，发射激光；所述快门装置安装在Y移动平台上，且位于激光器的正前方，使激光器输出的激光由连续激光变为脉冲激光，并且根据需要调节脉冲宽度；所述轮框垂直设置在Y移动平台上，所述轮框的一端穿过Y移动平台，并向下延伸至被加工挡板的正上方，所述反射镜部安装在所述轮框上，用于改变激光发生单元发生激光的传递方向；所述轮框的底部设置有激光头。

进一步的，所述激光器为连续二氧化碳激光器；所述快门装置包括电光调制器件，使激光器输出的激光由连续激光变为脉冲激光，并且根据需要调节脉冲宽度。

进一步的，所述反射镜部包括：反射镜和聚焦透镜，所述反射镜安装在所述轮框的上部，改变所述激光器输出的激光的传递方向，使激光的传递方向改变90°，并向下传递至聚焦透；所述聚焦透镜安装在所述轮框的下部，聚焦所述反射镜传递的激光。

进一步的，所述感应单元包括超声波测距离传感器，所述超声波测距离传感器设置在轮框的底端，用于检测被加工板材位置与激光头之间距离。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

(1)本实用新型采用旋转单元，可以根据设定角度，调节被加工板材的倾斜角度，可以实现对各种倾斜微孔的加工；

(2)本实用新型采用移动单元，带动加工单元和感应单元沿X轴和Y轴方向的运动，从而使激光头对准加工位置，保证加工准确度；

(3)本实用新型采用超声波测距离传感器检测被加工板材与激光头的距离，保证孔深底部位置与激光头之间的距离一定，保证光斑大小一致，保证通孔不会出现锥度现象，减少加工误差；

(4)本实用新型通过旋转单元、感应单元、加工单元、移动单元和控制单元之间协调工作，实现板材多角度斜孔加工的自动化生产。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1是本实用新型实施例公开的激光多角度斜孔精密微细加工装置轴侧视图；

图2是本实用新型实施例公开的激光多角度斜孔精密微细加工装置主视图；

图3是本实用新型实施例公开的激光多角度斜孔精密微细加工装置俯视图；

图4是本实用新型实施例公开的旋转单元中夹持框架轴侧视图；

图5是本实用新型实施例公开的激光多角度斜孔精密微细加工装置结构框图；

其中，1、工作台，2、支撑台，3、顶紧螺钉，4、挡板，5、被加工板材，6、Y移动平台，7、轮框，8、快门装置，9、激光器，10、第二电机，11、第二传动丝杆，12、支架，13、第一连接轴，14、X移动平台，15、第二连接轴，16、第三轴承支座对，17、第一电机，18、第二轴承支座对，19、第一轴承支座对，20、超声波测距离传感器，21、夹持框架，22、聚焦透镜，23、反射镜，24、激光束，25、传动轴，26、第一传动丝杆。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在斜孔加工不精密、孔端面不平整的不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种激光多角度斜孔精密微细加工装置及方法，通过旋转单元，将加工板材按照所设定的斜孔角度进行调节，利用超声波厚度感应装置，实现精确定位，通过多个单元协调工作，实现板材多角度斜孔加工的自动化生产。。

本申请的一种典型的实施方式中，如图1-5所示，提供了一种激光多角度斜孔精密微细加工装置，该装置包括工作台1、旋转单元、感应单元、加工单元、移动单元和控制单元，所述旋转单元设置在工作台1上，固定被加工板材，并调节被加工板材的角度；所述移动单元设置在工作台1上，带动感应单元和加工单元左右和上下运动；所述加工单元设置在移动单元上，用激光在被加工板材上加工斜孔；所述感应单元设置在加工单元上，定位被加工板材位置；所述控制单元接收控制所述感应单元传输的信号，并控制所述旋转单元、加工单元和移动单元。本申请中控制单元的结构采用现有技术，不再赘述。

本实施例中，所述移动单元包括X移动平台14、Y移动平台6、第一轴承支座对19、第二轴承支座对18、第三轴承支座对16、第一传动丝杆26、第二传动丝杆11、第一连接轴13、第二连接轴15、第一电动机17和第二电动机10，所述第一轴承支座对19、第二轴承支座对18和第三轴承支座对16分别由两个轴承支座组成；所述第一轴承支座对、第二轴承支座对和第三轴承支座对均匀设置在工作台上，所述X移动平台14设置在所述第一轴承支座对、第二轴承支座对和第三轴承支座对之间，所述第一连接轴13的一端与第一轴承支座对中一轴承支座连接，另一端穿过X移动平台与第一轴承支座对中另一轴承支座连接；所述第二连接轴15的一端与第三轴承支座对中一轴承支座连接，另一端穿过X移动平台与第三轴承支座对中另一轴承支座连接；所述第一传动丝杆26的一端与第二轴承支座对中一轴承支座连接，另一端穿过X移动平台与第二轴承支座对中另一轴承支座连接，所述第一电机17的输出轴与第一传动丝杆26的一端连接，通过第一传动丝杆26带动X移动平台14沿X轴方向左右移动；所述X移动平台14上设置有支架12，所述支架12为矩形框架，所述Y移动平台6的一端开有两个滑槽，所述支架12的两侧板穿插在所述Y移动平台的两个滑槽内，所述第二传动丝杆11安装在支架内，所述第二传动丝杆11的一端穿过Y移动平台延伸至支架的底部，所述第二传动丝杆11的另一端延伸出支架的顶端与第二电机10的输出轴连接，通过第二传动丝杆11带动Y移动平台6沿Y轴方向上下运动。

本实施例提出的激光多角度斜孔精密微细加工装置，采用X移动平台14、Y移动平台16带动加工单元、感应单元在X-Y方向的移动，对所加工板材进行定位；采用第一轴承支座对19安装第一连接轴，采用第二轴承支座对18安装第一传动丝杆，采用第三轴承支座对16安装第二连接轴，所述第一连接轴13和第二连接轴15起到支撑和平稳作用，在X移动平台、Y移动平台受到传动丝杠作用力的情况下可以在连接轴上滑动，并且保证运动平稳；采用传动丝杆带动带动X移动平台14、Y移动平台6进行X轴方向和Y轴方向的移动。

在本实施例中，所述旋转单元包括两个相对设置的支撑台3、夹持框架21和挡板4，所述两个支撑台3设置在Y移动平台的下方，所述夹持框架21的两侧分别通过传动轴25与支撑台3连接，所述夹持框架21设有一开口，所述夹持框架开口的两侧分别设有滑槽，所述挡板4插入在滑槽中，通过两个顶紧螺钉3将挡板4和夹持框架21进行顶紧固定，实现对被加工板材5的固定。

本实施例提出的激光多角度斜孔精密微细加工装置，采用夹持框架21和挡板4组成使用，组成一个可以固定被加工板材的框架，夹持框架21具有一个开口，开口两侧各设有一个滑槽，首先将被加工板材放入夹持框架中，然后将挡板装入滑槽中，通过挡板对夹持框架进行封口，通过两个顶紧螺钉3将挡板和夹持框架进行顶紧固定，这样完成加工板材的固定，通过支撑台支撑夹持框架，通过传动轴25实现夹持框架21旋转。

在本实施例中，所述加工单元包括激光器9、快门装置8、反射镜部和轮框7，所述激光器9安装在Y移动平台6上，所述快门装置8安装在Y移动平台上，且位于激光器9的正前方；所述轮框7垂直设置在Y移动平台上，所述轮框7的一端穿过Y移动平台，并向下延伸至被加工挡板的正上方，所述反射镜部安装在所述轮框上，用于改变激光发生单元发生激光的传递方向；所述轮框的底部设置有激光头。

本实施例提出的激光多角度斜孔精密微细加工装置，采用激光器输出激光在被加工板材上加工斜孔，采用快门装置将激光器输出的激光由连续激光变为脉冲激光，并且根据需要调节脉冲宽度，采用反射镜部改变激光发生单元发生激光的传递方向。

在本实施例中，所述感应单元包括超声波测距离传感器20，所述超声波测距离传感器20设置在轮框的底端，用于检测被加工板材位置与激光头之间距离。

本实施例提出的激光多角度斜孔精密微细加工装置，首先将加工板材放入夹持框架中，然后将挡板装入滑槽中，当挡板装入滑槽时，通过两个顶紧螺钉将挡板和夹持框架进行顶紧固定，完成加工板材的固定；根据提前设定的角度，通过控制单元控制旋转单元运动，夹持框架倾斜到所设定的角度，即被加工板材达到所设定角度的位置，加工单元在移动单元带动下运动到加工位置，即通过第一电动机和第二电动机转动带动第一传动丝杠和第二传动丝杠转动，进而通过第一传动丝杠和第二传动丝杠带动X移动平台和Y移动平台上下左右运动，激光头对准加工位置。在加工过程中，随着孔深的不断加深，感应单元时刻检测孔深底部位置与激光头之间的距离，并且感应单元将孔深和激光头之间距离的信号反馈给控制单元，控制单元控制第二电动机转动，进而通过第二传动丝杆带动Y移动平台上下运动，保证孔深底部位置与激光头之间的距离一定，这样可以保证光斑大小一致，保证通孔不会出现锥度等现象。当加工完一个孔时，通过控制单元第二电动机转动，通过第二传动丝杆带动有Y移动平台向上移动，然后通过控制单元控制第一电动机转动，通过第一传动丝杆带动X移动平台左右运动，使激光头运动到加工位置，如此重复运动。

在上述实施例的基础上，本实用新型一个实施例中所述激光器9为连续二氧化碳激光器；所述快门装置8包括电光调制器件，其作用为使激光器输出的激光由连续激光变为脉冲激光，并且根据需要调节脉冲宽度；所述反射镜部包括：反射镜23，其安装于所述轮框的最上部，改变所述激光器输出的激光束24的传递方向，使其方向改变90°，向下传递；聚焦透镜22，其安装于所述轮框的最下部，聚焦所述反射镜传递的激光。

本申请的另一种典型实施方式，提供了一种基于激光多角度斜孔精密微细加工装置的加工方法，包括以下步骤：

(1)将被加工板材沿夹持框架的滑槽装入夹持框架中；将挡板沿夹持框架的滑槽装入夹持框架中，通过顶紧螺钉将挡板固定在夹持框架上，保证被加工板材不会移动；

(2)根据设定的角度，通过控制单元控制旋转单元中连接轴转动，带动夹持框架转动，使夹持框架倾斜到设定的角度，即被加工板材达到设定角度的位置；

(3)控制单元控制第一电机和第二电机转动，带动第一传动丝杆和第二传动丝杆转动，通过第一传动丝杆带动X移动平台左右运行，通过第二传动丝杆带动Y移动平台上下运动，使激光头对准加工位置；

(4)控制单元控制激光器发射激光，采用激光对被加工板材进行孔加工；

(5)加工完一个孔时，控制单元控制第二电动机转动，通过第二传动丝杆带动Y移动平台向上移动，然后控制单元控制第一电动机转动，通过第一传动丝杆带动X移动平台运动，使激光头运动到下一个加工位置，如此重复运动，直至加工完。

本实施例的加工过程中，通过声波测距离传感器时刻检测激光头与被加工板材之间的距离信号，然后将距离信号传输给控制单元，控制单元进而控制第二电动机转动，通过通过第二传动丝杆带动Y移动平台上下运动，使激光光斑的焦点始终保持处于被加工板材表面上。

从以上的描述中，可以看出，本申请上述的实施例实现了如下技术效果：

(1)本实用新型采用旋转单元，可以根据设定角度，调节被加工板材的倾斜角度，可以实现对各种倾斜微孔的加工；

(2)本实用新型采用移动单元，带动加工单元和感应单元沿X轴和Y轴方向的运动，从而使激光头对准加工位置，保证加工准确度；

(3)本实用新型采用超声波测距离传感器检测被加工板材与激光头的距离，保证孔深底部位置与激光头之间的距离一定，保证光斑大小一致，保证通孔不会出现锥度现象，减少加工误差；

(4)本实用新型通过旋转单元、感应单元、加工单元、移动单元和控制单元之间协调工作，实现板材多角度斜孔加工的自动化生产。

上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。